NL8602603A

NL8602603A - Werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider.

Info

Publication number: NL8602603A
Application number: NL8602603A
Authority: NL
Original assignee: Schott Glaswerke
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1987-05-18
Also published as: FR2590368A1; GB8624678D0; US4756734A; FR2590368B1; GB2181861A; GB2181861B

Description

‘ NO 34063 Do/JSg»^ χ

Werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke lichtgolf geleider.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het op een substraat vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider met lichtgelei-5 dende gebieden, door het uit de gasfase afscheiden van dunne glasachtige lagen volgens een schema dat een voorafbepaald brekingsindexverloop mogelijk maakt, zodanig dat een lichtgeleidend kerngebied en aan dit kerngebied grenzende mantellagen worden gevormd.

Vlakke lichtgolfgeleiders worden in optische communicatiestelsels 10 als koppelelementen voor optische golfgeleiders toegepast. Afhankelijk van de opbouw dienen deze koppelelementen voor signaalvertakking of voor het mengen van signalen (demultiplexer/multiplexer).

Een bekende werkwijze voor het vervaardigen van deze golfgeleider is de OVD-werkwijze, waarbij zeer zuiver SiCl4 met enkele procenten 15 TiCl4 wordt gemengd en in een open vlam met zuurstof tot reageren wordt gebracht. Deze door vlamhydrolyse vervaardigde glasdeeltjes worden op een substraat afgezet. Tijdens het afzetten wordt de brander voortdurend heen en weer bewogen, zodat zich meerdere lagen vormen. De brekingsindex wordt daarbij door de TiCl4-stroom gestuurd. Daarna wordt 20 het substraat met de poreuze glaslagen verwarmd, opdat de afzonderlijke lagen zich verstevigen (Kawachi e.a., Electronics Letters 1983, vol. 19, no. 15, blz. 583).

Aansluitend wordt het lagenstelsel met een siliciummasker bedekt en worden door gericht wegetsen de geleidingssleuven voor het opnemen van 25 de golfgeleiders alsmede de lichtgeleidende stroken vervaardigd (Yamada e.a., Electronics Letters 1984, vol. 20, no. 8, blz. 313). Deze bekende vlakke golfgeleiders hebben echter het nadeel dat het verloop van de brekingsindex door de laagafzettingen slechts in één richting - namelijk in de richting van de normaal op het substraatoppervlak — kan worden be-30 paald. Na het etsen heeft de lichtgeleidende strook een in wezen rechthoekige doorsnede en is het profiel van de lichtgeleidende kern zijdelings niet aangepast, hetgeen tot aanzienlijke dempingsverliezen leidt.

Een verder nadeel bestaat daarin, dat slechts relatief dikke lagen kunnen worden vervaardigd, zodat geen fijn trapvormig brekingsindexprofiel 35 kan worden vervaardigd.

Uit de EP-0052901 is een werkwijze bekend, waarmee koppelelementen met lichtgeleidende stroken met een ronde doorsnede kunnen worden vervaardigd. Hiertoe worden volgens een bepaald patroon sleuven met een halfcirkelvormige doorsnede geetst of op mechanische wijze in de sub-40 straatglasplaat aangebracht. In de volgende stap worden door middel van §502303

f 'S

2 een CVD-werkwijze uit de gasfase glasachtige lagen op de glasplaat en in deze sleuven afgescheiden. Met toename van de laagdikte wordt samen met het kwartsglas steeds meer doteringsmateriaal afgescheiden. Dit wordt zo lang voortgezet totdat de sleuven volledig met deze lagen zijn opgevuld.

5 Hetzelfde wordt uitgevoerd met een substraat dat van het spiegelbeeldige sleuvenpatroon is voorzien. Daarna worden de beide substraatplaten geslepen en zodanig samengevoegd dat de sleuven met de glasachtige lagen boven elkaar liggen. Hoewel deze strookgeleiders een cirkelvormige doorsnede met een radiaal naar buiten afnemende brekingsindex bezitten, is 10 hun vervaardiging echter niet zonder problemen.

De vervaardigingswerkwijze en in het bijzonder het polijstproces zijn zeer duur. De sleuven moeten exact boven elkaar liggen, waarbij aan de naad tussen de substraatplaten in het gebied van de lichtgeleidende lagen noch verontreinigingen noch luchtspleten aanwezig mogen zijn.

15 Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het vervaardigen van vlakke golfgeleiders, waarmee de bovengenoemde nadelen uit de stand van de techniek kunnen worden vermeden. Deze werkwijze moet wezenlijk eenvoudiger zijn, waarbij de vlakke golf-geleiders zich gelijktijdig door geringere verliezen ten opzichte van de 20 bekende vlakke golfgeleiders moeten onderscheiden.

Dit doel wordt bereikt met een werkwijze, die het kenmerk heeft dat dit uit de gasfase afscheiden door middel van een heterogene reaktie (CVD-werkwijze) wordt uitgevoerd, dat op het substraat in eerste instantie een laag met een de brekingsindex verlagend doteringsmiddel wordt 25 opgebracht, dat dan op deze laag een afdeklaag als diffusiebarrière voor het doteringsmiddel wordt opgebracht, waarbij deze afdeklaag volgens de gebruikelijke maskertechniek overeenkomstig het gewenste strookpatroon wordt gestructureerd, dat aansluitend het van deze lagen voorziene substraat zo Sterk wordt verwarmd dat het doteringsmiddel verregaand uit de 30 niet-afgedekte gebieden uitdiffundeert en zo het kerngebied of een deel van het kerngebied van de lichtvoerende gebieden wordt gevormd, en dat daarna verdere lagen worden opgebracht waarvan de brekingsindices zo worden gestuurd dat zij de lichtgolfgeleider completeren.

Deze van het brekingsindex verlagende doteringsmiddel voorziene 35 laag kan ook een bepaald brekingsindexverloop bezitten.

Door het uitdiffunderen van het doteringsmiddel, waarvoor bij voorkeur fluor wordt toegepast, wordt in de niet-afgedekte gebieden van deze eerste laag een halfcilindervormig gebied met een naar de cilinderas toenemende brekingsindex vervaardigd. Buiten fluor kan ook elk ander do-40 teringsmiddel dat brekingsindexverlagend werkt en uitdiffundeerbaar is 8602603 Λ 3 worden toegepast. Dit halfcilindervormige kerngebied wordt dan door de verdere lagen, die indien noodzakelijk ook met fluor gedoteerd kunnen zijn, zo aangevuld dat er een lichtgeleidend gebied met geringe demping wordt gevormd.

5 Bij voorkeur wordt voor het afscheiden van de glasachtige lagen een niet-isotherme plasma-CVD-werkwijze toegepast.

Onder deze uit bijvoorbeeld de EP-0017296 reeds bekende werkwijze moet een werkwijze worden begrepen, waarbij met een zogenaamd koud plasma wordt gewerkt, waarin alleen elektronen een hoge kinetische energie 10 bezitten. Met een dergelijk plasma kan men zelfs gasmengsels tot reageren brengen die thermisch niet reaktief zijn. Met deze niet-isotherme PCVD-werkwijze kunnen bij tamelijk lage temperatuur direkt uit de gasfase glasachtige lagen worden afgescheiden, zodat een daarna volgende verwarming ter verglazing overbodig is. Een verder voordeel bestaat daarin 15 dat bij het afscheiden op lage temperatuur, d.w.z. tussen kamertemperatuur en 300° C, een gering verschil in de thermische uitzettingscoëffi-ciënten van het glasplaatmateriaal en van de afgescheiden lagen niet als nadelig merkbaar is. ·

De afdeklaag, die bijvoorbeeld met B2O3 is gedoteerd, werkt als 20 diffusiebarriëre voor het doteringsmiddel van de daaronderliggende laag. Daardoor wordt bereikt dat zich alleen in de niet-afgedekte gebieden van deze eerste laag een brekingsindexgradiënt door uitdiffusie kan vormen.

Het breking sindexpro fiel en de afmetingen van het kerngebied worden door de breedte van de niet-afgedekte gebieden, door de temperatuur en 25 de tijd van de uitdiffusie zo ingesteld, dat of een monomodegolfgeleider of een multimodegolfgeleider ontstaat. De brekingsindices van de overige lagen alsmede de numerieke apparatuur worden eveneens aan het respektie-ve gebruiksdoel aangepast.

Omdat bij het uitdiffunderen van het de brekingsindex verlagend do-30 teringsmiddel ook het doteringsmiddel van de afdeklaag uit de nabij het oppervlak liggende gebieden uitdiffundeert kan een lekgolfgeleider ontstaan, die tot hoge verliezen leidt. Daarom wordt bij voorkeur na het uitdiffunderen een dunne oppervlaktelaag van de niet-afgedekte gebieden en van de afdeklaag weggeëtst.

35 Opdat de golfenergie volledig van het substraat wordt gescheiden, wordt de van een doteringsmiddel voorziene laag in een zodanige dikte op het substraat opgebracht, dat na het uitdiffunderen van het doteringsmiddel uit de niet-afgedekte gebieden tussen het zo gevormde kerngebied en het substraat nog een voldoende groot gedoteerd gebied behouden 40 blijft. Deze maatregel heeft het voordeel dat het substraat niet aan de «60 2.303 £ ·5 4 lichtgeleiding deelneemt, zodat het substraat niet uit zeer zuiver materiaal hoeft te worden vervaardigd. Daardoor worden bij het vervaardigen van de vlakke golfgeleider kosten bespaard.

Bij een verdere uitvoering van de werkwijze volgens de onderhavige 5 uitvinding kan. een vlakke, polariserende monomodegolfgeleider worden vervaardigd, die in staat is licht met een bepaalde polarisatierichting over te dragen.

Hiertoe wordt in de bovenbeschreven werkwijze, waarin een afdeklaag van SiC>2 en B2O3 werd opgebouwd, na het uitdampen van het dote-10 ringsmiddel de afdeklaag met uitzondering van twee smalle, direkt aan de niet afgedekte gebieden grenzende tussenstukken weggeëtst, waarna uit de gasfase een dunne laag van S1O2 wordt afgescheiden, in een volgende stap wordt dit Si02 in het kerngebied en op de smalle tussenstukken weggeëtst en in een laatste werkwijzestap worden verdere lagen 15 van met fluor gedoteerd S1O2 opgebracht, waarbij het brekingsindexver-loop zo wordt gekozen, dat het kerngebied wordt gecompleteerd en het mantelgebied wordt gevormd.

Licht, waarvan het polarisatievlak parallel aan het substraat ligt, kan het kerngebied door "tunnelen” door de smalle dammetjes van SiÖ2 20 en B2O3 verlaten; dit polarisatievlak wordt dus uitgekoppeld zodat een vlakke, polariserende lichtgolfgeleider wordt verkregen. Het uit deze lichtgolfgeleider naar buiten tredende licht is in een vlak loodrecht op het substraat gepolariseerd.

Deze polarisatie blijft bestaan als gevolg van spanningsdubbelbre-25 king, die door de beide smalle uit met B2O3 gedoteerd Si02 bestaande tussenstukken wordt veroorzaakt.

Voor het aankoppelen van de vezel worden voor de lichtgeleidende stroken geleidingssleuven in het substraat gevormd, waarin de aan te koppelen golfgeleiders worden gelegd.

30 Bij de overeenkomstig de werkwijze volgens de uitvinding vervaar digde vlakke lichtgolfgeleiders zijn de dempingsverliezen duidelijk kleiner dan 0,2 dB/cm.

In het navolgende worden voorbeelduitvoeringsvormen van de uitvinding onder verwijzing naar de tekeningen verder verklaard.

35 Fig. 1 toont een doorsnede door een overeenkomstig de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde vlakke golfgeleider, fig. 2 toont het brekingsindexverloop van de lagen 3 en 5 langs de lijn II-II in fig. 1, en

Fig. 3 toont een doorsnede door een overeenkomstig een verdere 40 werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde vlakke, polariserende @6 0 2 60 3 Τ’ s* 5 lichtgolfgeleider«

Fig. 1 toont in doorsnede de vlakke golfgeleider volgens de uitvinding met de substraatplaat 2 en de lichtgeleidende gebieden 1. Op het substraat 2 is de van het doteringsmiddel voorziene laag 3 opgebracht, 5 die aansluitend met de laag 4 selectief wordt afgedekt. Deze afdeklaag 4 werkt als diffusiebarrière voor het zich in de laag 3 bevindende doteringsmiddel. Door verwarming wordt aansluitend het doteringsmiddel uit de niet-afgedekte gebieden uitgediffundeerd, zodat zich een ongeveer door de gestreepte lijn 6 begrensd gebied vormt, waarin de brekingsindex 10 naar de as van dit half cilindervormig gebied continu toeneemt* De dikte van de laag 3 wordt zo gekozen, dat tussen de lijn 6 en het substraat 2 een nog voldoende groot gebied van de laag 3 met doteringsmiddel behouden blijft, opdat de golfenergie ontkoppeld is van het substraat en het substraat niet aan de lichtgeleiding deelneemt. Daarna wordt een verder 15 lagenstelsel 5 opgebracht, waarbij het brekingsindexverloop zo wordt gekozen dat het kerngebied wordt gecompleteerd en het mantelgebied wordt gevormd.

Het verloop van de brekingsindex n door de lagen 3 en 5 in X-rieh-ting langs de lijn II-II in fig.1 is in fig. 2 weergegeven.

20 Voor het vervaardigen van bijvoorbeeld een monomodevezel wordt een kerngebied van ongeveer 2-8 /urn gevormd. Het zich in de laag 3 bevindende fluor wordt gedurende ongeveer 1-2 min bij een temperatuur van 2000-2200°C uitgediffundeerd. Daarna worden op bekende wijze de overige lagen 5 opgebracht.

25 Fig. 3 toont schematisch een doorsnede van een overeenkomstig de verdere werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde vlakke polariserende lichtgolf geleider. Na het uit het kerngebied 1 uitdampen van het fluor wordt het resterende, met B203~gedoteerde Si02 met uitzondering van twee smalle, direkt aan het kerngebied 1 grenzende tussenstuk-30 ken 7 en 7’ weggeëtst. Daarna wordt uit de gasfase een dunne laag 8 van SiÜ2 afgescheiden, die de plaats van de afdeklaag inneemt. In de volgende stap wordt dit Si02 in het kerngebied 1 en op de smalle tussenstukken 7 en 7' weggeëtst en wordt tenslotte een verder lagenstelsel 5 opgebracht, waarbij het brekingsindexverloop zo wordt gekozen, dat het 35 kerngebied 1 wordt gecompleteerd en het mantelgebied wordt gevormd.

40 3602503

Claims

6 -
1. Werkwijze voor tiet op een substraat vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider met lichtgeleidende gebieden, door het uit de gasfase 5 afscheiden van dunne glasachtige lagen volgens een schema dat een bepaald brekingsindexverloop mogelijk maakt, zodanig dat een lichtgelei-dend kerngebied en aan dit kerngebied grenzende mantellagen worden gevormd, met het kenmerk, dat dit uit de gasfase afscheiden door middel van een heterogene reaktie (CVD-werkwijze) wordt uitgevoerd, 10 dat op het substraat in eerste instantie een laag met een de brekingsindex verlagend doteringsmiddel wordt opgebracht, dat dan op deze laag een afdeklaag als diffusiebarriêre voor het doteringsmiddel· wordt opgebracht, waarbij deze afdeklaag volgens de gebruikelijke maskertechniek overeenkomstig een gewenst strookpatroon wordt 15 gestruktureerd, dat aansluitend het van deze lagen voorziene substraat zo sterk wordt verwarmd dat het doteringsmiddel verregaand uit de niet-afgedekte gebieden uitdiffundeert en zo ‘het kerngebied of een deel van het kerngebied van de lichtgeleidende gebieden wordt gevormd, en 20 dat daarna verdere lagen worden opgebracht waarvan de brekingsindices zo worden gestuurd dat zij de lichtgolfgeleider completeren.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit afscheiden van deze glasachtige lagen door middel van een niet-isotherme plas-ma-CVD-werkwijze wordt uitgevoerd.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat na het uitdiffunderen van het doteringsmiddel een dunne oppervlaktelaag van de niet-afgedekte gebieden en van de afdeklaag wordt weggeëtst.
4. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat als de afdeklaag een met borium gedoteerde laag wordt opge- 30 bracht.
5. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat als het doteringsmiddel fluor wordt toegepast.
6. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat hét brekingsindexprofiel, de numerieke apertuur en de afmetin- 35 gen van het kerngebied zo worden ingericht, dat een monomodegolfgeleider met bepaalde eigenschappen wordt gevormd.
7. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat als de afdeklaag een met borium gedoteerde laag wordt opgebracht , 40 dat na het uitdampen van het doteringsmiddel de afdeklaag met uit- 860 2 303 zondering van twee smalle, direkt aan de niet-afgedekte gebieden grenzende smalle tussenstukken wordt weggeetst, dat daarna uit de gasfase een dunne laag van S1Q2 wordt afgescheiden, 5 dat in een volgende stap dit Si02 in het kerngebied en op de smalle tussenstukken wordt weggeetst, en dat in een laatste stap verdere lagen van met fluor gedoteerd Si02 worden opgebracht, waarbij het brekingsindexverloop zo wordt gekozen, dat het kerngebied wordt gecompleteerd en het mantelgebied wordt 10 gevormd.
8. Werkwijze volgens êên van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat het brekingsindexprofiel, de numerieke apertuur en de afmetingen van het kerngebied zo worden ingericht, dat een multimodegolfgeleider met bepaalde eigenschappen wordt gevormd.
9. Werkwijze volgens êên van de conclusies 1 t/m 8, met het ken merk, dat de met een de brekingsindex verlagend doteringsmiddel voorziene laag in een zodanige dikte op het substraat wordt opgebracht, dat na het uitdiffunderen van het doteringsmiddel tussen het zo gevormde kerngebied en het substraat een zodanig groot gedoteerd gebied behouden 20 blijft, dat de golfenergie volledig van het substraat wordt gescheiden. ****** 25 30 35 40
860. S03